单搭自冲铆接头的动力学分析与疲劳研究

论文摘要

自冲铆技术是用于板料连接的一种新的工艺,过程简单,一步完成,具有点焊所没有的优势,被誉为下一代连接技术,是汽车轻量化过程中的一项关键的技术。本文主要研究了单搭自冲铆接头的动力学性能、疲劳性能和仿真模拟,包括单搭自冲铆接头的模态分析,自冲铆接过程模拟,拉伸过程中的裂纹扩展模拟和静态拉伸试验的研究。模拟结果与试验吻合,为以后进一步研究打下基础,提供了理论依据,与此同时降低试验成本,节省了大量的人力和物力,具有一定的参考价值。对单搭自冲铆接头的动力学性能研究,主要是对自冲铆接头进行了模态分析。模态分析涉及到的模型分为两种情况,一种是含有裂纹,一种是不含有裂纹。同时又对每种情况在不同参数下分别进行了研究,参数具体包括密度、弹性模量、泊松比和裂纹长度。通过ANSYS/FE-SAFE软件研究了自冲铆接接头的疲劳性能,包括疲劳寿命和最小安全系数,并模拟出S-N曲线。另外,还研究了载荷幅值、表面加工系数、载荷频率因素对疲劳性能的影响。通过LS-DYNA软件对自冲铆接过程进行了模拟,其结果和试验结果吻合。通过铆接过程模拟来研究铆接过程、能量的变化、内部应力云图和内部压力云图等。同时研究了密度、弹性模量、屈服强度、摩擦系数和搭接材料等因素对铆接过程的影响。通过LS-DYNA软件对拉伸过程中的裂纹扩展进行了动态仿真模拟,本文研究了铆钉、上板、下板的受力状况和变形情况,同时也能得到应力分布云图、力-时间曲线、内部压力云图、能量变化和裂纹扩展速率曲线。最后研究了静态拉伸试验,研究了自冲铆接接头的抗拉强。在拉伸试验中,铆钉从下板中被拉出或者下板断裂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 课题来源和论文的研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 论文的技术路线
• 1.3.3 论文的主要内容
• 第二章 单搭自冲铆接头的有限元分析
• 2.1 自冲铆工艺简介
• 2.2 有限元理论
• 2.2.1 有限元法的发展历史
• 2.2.2 有限元法的基本思路
• 2.2.3 有限元法的计算步骤
• 2.3 有限元软件介绍
• 2.4 有限元模型的建立
• 2.4.1 实体模型的建立
• 2.4.2 有限元模型的建立
• 2.5 单搭自冲铆接头静力分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 单搭自冲铆接头的模态分析
• 3.1 模态理论
• 3.2 模态分析过程
• 3.3 无裂纹单搭自冲铆接头模态分析
• 3.3.1 建模
• 3.3.2 加载和求解
• 3.3.3 观察结果
• 3.3.4 结果讨论
• 3.4 有裂纹单搭自冲铆接头模态分析
• 3.4.1 建模
• 3.4.2 加载和求解
• 3.4.3 模态结果讨论
• 3.4.4 不同因素对模态的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 自冲铆铆接过程模拟
• 4.1 引言
• 4.2 有限元软件ANSYS/LS-DYNA介绍
• 4.3 有限元建模
• 4.3.1 形状和尺寸
• 4.3.2 建模分析
• 4.4 铆接过程参数设定
• 4.4.1 定义单元类型
• 4.4.2 定义材料
• 4.4.3 网格划分
• 4.4.4 定义PART
• 4.4.5 定义接触
• 4.4.6 定义边界约束及载荷曲线
• 4.4.7 求解与求解控制
• 4.5 结果分析
• 4.5.1 铆接模拟结果分析
• 4.5.2 不同参数对铆接模拟的影响
• 4.5.3 不同材料的铆接
• 4.6 试验与模拟的结果对比
• 4.7 本章小结
• 第五章 自冲铆接接头拉伸过程模拟
• 5.1 裂纹扩展
• 5.2 有限元建模
• 5.2.1 形状和尺寸
• 5.2.2 建模方法
• 5.3 拉伸过程参数设定
• 5.3.1 定义单元类型
• 5.3.2 定义材料
• 5.3.3 网格划分
• 5.3.4 定义PART
• 5.3.5 定义接触
• 5.3.6 定义载荷曲线和边界约束
• 5.3.7 求解与求解控制
• 5.4 结果分析
• 5.5 单搭自冲铆接及静态拉伸试验
• 5.5.1 自冲铆设备
• 5.5.2 铆接过程
• 5.5.3 自冲铆试件拉伸强度实验
• 5.6 本章小结
• 第六章 单搭自冲铆接头的疲劳分析
• 6.1 引言
• 6.2 疲劳理论
• 6.2.1 抗疲劳设计方法
• 6.2.2 金属疲劳破坏机制
• 6.2.3 疲劳破坏断口分析
• 6.2.4 S-N曲线
• 6.2.5 疲劳分析方法
• 6.3 疲劳分析的软件
• 6.3.1 疲劳分析的软件介绍
• 6.3.2 ANSYS/FE-SAFE应用方法
• 6.3.3 ANSYS/FE-SAFE材料库及选择
• 6.3.4 ANSYS/FE-SAFE的主要疲劳模型
• 6.4 自冲铆接头疲劳分析流程
• 6.5 疲劳分析过程
• 6.5.1 定义载荷谱
• 6.5.2 定义表面加工系数
• 6.5.3 定义材料属性
• 6.5.4 定义其他参数
• 6.5.5 求解
• 6.5.6 分析结果
• 6.6 单搭自冲铆接头疲劳结果分析
• 6.6.1 疲劳寿命与安全系数
• 6.6.2 静力分析结果
• 6.6.3 疲劳结果分析
• 6.6.4 疲劳寿命对表面粗糙度的敏感性
• 6.6.5 疲劳寿命对载荷幅值的敏感性
• 6.6.6 疲劳寿命对载荷频率的敏感性
• 6.7 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文